汽車收音機天線的參數(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 對于 670 兆赫的射頻信號，接收信號場強比無建筑物時低20dB .如果建筑物高度增加到 50 米時，則在距建筑物 1000 米以內，接收信號的場強都將受到影響而減弱。也就是說，頻率越高、建筑物越高、接收天線與建筑物越近，信號強度與通信質量受影響程度越大；相反，頻率越低，建筑物越矮、接收天線與建筑物越遠，影響越小。因此，選擇基站場地以及架設天線時，一定要考慮到繞射傳播可能產生的各種不利影響，注意到對繞射傳播起影響的各種因素。3 傳輸線的幾個基本概念 連接天線和發射機輸出端（或接收機輸入端）的電纜稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務是有效地傳輸信號能量，因此，它應能將發射機發出的信號功率以最小的損耗傳送到發射天線的輸入端，或將天線接收到的信號以最小的損耗傳送到接收機輸入端，同時它本身不應拾取或產生雜散干擾信號，這樣，就要求傳輸線必須屏蔽。 順便指出，當傳輸線的物理長度等于或大于所傳送信號的波長時，傳輸線又叫做長線。 傳輸線的種類 超短波段的傳輸線一般有兩種：平行雙線傳輸線和同軸電纜傳輸線；微波波段的傳輸線有同軸電纜傳輸線、波導和微帶。平行雙線傳輸線由兩根平行的導線組成它是對稱式或平衡式的傳輸線，這種饋線損耗大，不能用于UHF頻段。同軸電纜傳輸線的兩根導線分別為芯線和屏蔽銅網，因銅網接地，兩根導體對地不對稱，因此叫做不對稱式或不平衡式傳輸線。同軸電纜工作頻率范圍寬，損耗小，對靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對磁場的干擾卻無能為力。使用時切忌與有強電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號線路。 傳輸線的特性阻抗 無限長傳輸線上各處的電壓與電流的比值定義為傳輸線的特性阻抗，用Ｚ0 表示。同軸電纜的特性阻抗的計算公式為 Ｚ。＝〔60/√εr〕Log ( D/d ) [ 歐]。 式中，D 為同軸電纜外導體銅網內徑； d 為同軸電纜芯線外徑； εr為導體間絕緣介質的相對介電常數。 通常Ｚ0 = 50 歐 ，也有Ｚ0 = 75 歐的。 由上式不難看出，饋線特性阻抗只與導體直徑D和d以及導體間介質的介電常數εr有關，而與饋線長短、工作頻率以及饋線終端所接負載阻抗無關。 饋線的衰減系數 信號在饋線里傳輸，除有導體的電阻性損耗外，還有絕緣材料的介質損耗。這兩種損耗隨饋線長度的增加和工作頻率的提高而增加。因此，應合理布局盡量縮短饋線長度。 單位長度產生的損耗的大小用衰減系數 β 表示，其單位為 dB / m （分貝／米），電纜技術說明書上的單位大都用 dB / 100 m（分貝／百米） . 設輸入到饋線的功率為Ｐ1 ，從長度為 L（m ）的饋線輸出的功率為Ｐ2 ，傳輸損耗TL可表示為： TL ＝ 10 Lg ( Ｐ1 /Ｐ2 ) ( dB ) 衰減系數為 β ＝ TL / L ( dB / m ) 例如， NOKIA 7 / 8英寸低耗電纜， 900MHz 時衰減系數為 β＝ dB / 100 m ，也可寫成 β＝3 dB / 73 m ， 也就是說， 頻率為 900MHz 的信號功率，每經過 73 m 長的這種電纜時，功率要少一半。 而普通的非低耗電纜，例如， SYV9501， 900MHz 時衰減系數為 β ＝ dB / 100 m ，也可寫成β＝3dB / 15 m ，也就是說， 頻率為 900MHz 的信號功率，每經過15 m 長的這種電纜時，功率就要少一半！ 匹配概念 什么叫匹配？簡單地說，饋線終端所接負載阻抗ＺL 等于饋線特性阻抗Ｚ0 時，稱為饋線終端是匹配連接的。匹配時，饋線上只存在傳向終端負載的入射波，而沒有由終端負載產生的反射波，因此，當天線作為終端負載時，匹配能保證天線取得全部信號功率。如下圖所示，當天線阻抗為 50 歐時，與50 歐的電纜是匹配的，而當天線阻抗為 80 歐時，與50歐的電纜是不匹配的。 如果天線振子直徑較粗，天線輸入阻抗隨頻率的變化較小，容易和饋線保持匹配，這時天線的工作頻率范圍就較寬。反之，則較窄。 在實際工作中，天線的輸入阻抗還會受到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好匹配，在架設天線時還需要通過測量，適當地調整天線的局部結構，或加裝匹配裝置。 反射損耗 前面已指出，當饋線和天線匹配時，饋線上沒有反射波，只有入射波，即饋線上傳輸的只是向天線方向行進的波。這時，饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。而當天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負載就只能吸收饋線上傳輸的部分高頻能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量將反射回去形成反射波。例如，在右圖中，由于天線與饋線的阻抗不同，一個為75歐姆，一個為50歐姆，阻抗不匹配，其結果是 電壓駐波比 在不匹配的情況下, 饋線上同時存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，電壓振幅相加為最大電壓振幅Ｖmax ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Ｖmin ，形成波節。其它各點的振幅值則介于波腹與波節之間。這種合成波稱為行駐波。 反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數，記為 R 反射波幅度 （ＺL－Ｚ0） R ＝───── ＝ ───────入射波幅度 （ＺL＋Ｚ0 ） 波腹電壓與波節電壓幅度之比稱為駐波系數，也叫電壓駐波比，記為VSWR 波腹電壓幅度Ｖmax （1 + R）VSWR ＝ ────────────── ＝ ────波節電壓輻度Ｖmin （1 R）終端負載阻抗ＺL 和特性阻抗Ｚ0 越接近，反射系數 R 越小，駐波比VSWR 越接近于１，匹配也就越好。 平衡裝置 信號源或負載或傳輸線，根據它們對地的關系，都可以分成平衡和不平衡兩類。 若信號源兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡信號源，否則稱為不平衡信號源；若負載兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡負載，否則稱為不平衡負載；若傳輸線兩導體與地之間阻抗相同，則稱為平衡傳輸線，否則為不平衡傳輸線。在不平衡信號源與不平衡負載之間應當用同軸電纜連接，在平衡信號源與平衡負載之間應當用平行雙線傳輸線連接，這樣才能有效地傳輸信號功率，否則它們的平衡性或不平衡性將遭到破壞而不能正常工作。如果要用不平衡傳輸線與平衡負載相連接，通常的辦法是在糧者之間加裝“平衡－不平衡”的轉換裝置，一般稱為平衡變換器 。 二分之一波長平衡變換器 又稱“Ｕ”形管平衡變換器，它用于不平衡饋線同軸電纜與平衡負載半波對稱振子之間的連接。 “Ｕ”形管平衡變換器還有 1:4 的阻抗變換作用。移動通信系統采用的同軸電纜特性阻抗通常為50歐，所以在YAGI天線中，采用了折合半波振子，使其阻抗調整到200歐左右，實現最終與主饋線50歐同軸電纜的阻抗匹配。 四分之一波長平衡不平衡器 利用四分之一波長短路傳輸線終端為高頻開路的性質實現天線平衡輸入端口與同軸饋線不平衡輸出端口之間的平衡不平衡變換。 天線基本知識與應用第一講 天線的基礎知識表征天線性能的主要參數有方向圖，增益，輸入阻抗，駐波比，極化方式等。 天線的輸入阻抗 天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時饋線終端沒有功率反射，饋線上沒有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化比較平緩。天線的匹配工作就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。匹配的優劣一般用四個參數來衡量即反射系數，行波系數，駐波比和回波損耗，四個參數之間有固定的數值關系，使用那一個純出于習慣。在我們日常維護中，用的較多的是駐波比和回波損耗。一般移動通信天線的輸入阻抗為50Ω。駐波比：它是行波系數的倒數，其值在1到無窮大之間。駐波比為1，表示完全匹配；駐波比為無窮大表示全反射，完全失配。在移動通信系統中。過大的駐波比會減小基站的覆蓋并造成系統內干擾加大，影響基站的服務性能。回波損耗：它是反射系數絕對值的倒數，以分貝值表示。回波損耗的值在0dB的到無窮大之間，回波損耗越大表示匹配越差，回波損耗越大表示匹配越好。0表示全反射，無窮大表示完全匹配。在移動通信系統中，一般要求回波損耗大于14dB。 天線的極化方式 所謂天線的極化，就是指天線輻射時形成的電場強度方向。當電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面產生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。因此，在移動通信系統中，一般均采用垂直極化的傳播方式。另外，隨著新技術的發展，最近又出現了一種雙極化天線。就其設計思路而言，一般分為垂直與水平極化和177。45176。極化兩種方式，性能上一般后者優于前者，因此目前大部分采用的是177。45176。極化方式。雙極化天線組合了+45176。和45176。兩副極化方向相互正交的天線，并同時工作在收發雙工模式下，大大節省了每個小區的天線數量；同時由于177。45176。為正交極化，有效保證了分集接收的良好效果。（其極化分集增益約為5dB，比單極化天線提高約2dB。） 天線的增益天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數之一。一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統的運行質量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋范圍，或者在確定范圍內增大增益余量。任何蜂窩系統都是一個雙向過程，增加天線的增益能同時減少雙向系統增益預算余量。另外，表征天線增益的參數有dBd和dBi。DBi是相對于點源天線的增益，在各方向的輻射是均勻的；dBd相對于對稱陣子天線的增益dBi=dBd+。相同的條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠。一般地，GSM定向基站的天線增益為18dBi，全向的為11dBi。 天線的波瓣寬度波瓣寬度是定向天線常用的一個很重要的參數，它是指天線的輻射圖中低于峰值3dB處所成夾角的寬度（天線的輻射圖是度量天線各個方向收發信號能力的一個指標，通常以圖形方式表示為功率強度與夾角的關系）。天線垂直的波瓣寬度一般與該天線所對應方向上的覆蓋半徑有關。因此，在一定范圍內通過對天線垂直度（俯仰角）的調節，可以達到改善小區覆蓋質量的目的，這也是我們在網絡優化中經常采用的一種手段。主要涉及兩個方面水平波瓣寬度和垂直平面波瓣寬度。水平平面的半功率角（H－Plane Half Power beamwidth）45176。,60176。,90176。等)定義了天線水平平面的波束寬度。角度越大,在扇區交界處的覆蓋越好，但當提高天線傾角時，也越容易發生波束畸變,形成越區覆蓋。角度越小，在扇區交界處覆蓋越差。提高天線傾角可以在移動程度上改善扇區交界處的覆蓋，而且相對而言，不容易產生對其他小區的越區覆蓋。在市中心基站由于站距小，天線傾角大，應當采用水平平面的半功率角小的天線，郊區選用水平平面的半功率角大的天線；垂直平面的半功率角（V－Plane Half Power beamwidth）:（48176。, 33176。,15176。,8176。）定義了天線垂直平面的波束寬度。垂直平面的半功率角越小，偏離主波束方向時信號衰減越快，在越容易通過調整天線傾角準確控制覆蓋范圍。 前后比(FrontBack Ratio) 表明了天線對后瓣抑制的好壞。選用前后比低的天線，天線的后瓣有可能產生越區覆蓋，導致切換關系混亂，產生掉話。一般在25－30dB之間，應優先選用前后比為30的天線。第二講 天線的分類與選擇移動通信天線的技術發展很快，最初中國主要使用普通的定向和全向型移動天線，后來普遍使用機械天線，現在一些省市的移動網已經開始使用電調天線和雙極化移動天線。由于目前移動通信系統中使用的各種天線的使用頻率，增益和前后比等指標差別不大，都符合網絡指標要求，我們將重點從移動天線下傾角度改變對天線方向圖及無線網絡的影響方面，對上述幾種天線進行分析比較。 全向天線 全向天線，即在水平方向圖上表現為360176。都均勻輻射，也就是平常所說的無方向性，在垂直方向圖上表現為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。全向天線在移動通信系統中一般應用與郊縣大區制的站型，覆蓋范圍大。 定向天線 定向天線，在在水平方向圖上表現為一定角度范圍輻射，也就是平常所說的有方向性，在垂直方向圖上表現為有一定寬度的波束，同全向天線一樣，波瓣寬度越小，增益越大。定向天線在移動通信系統中一般應用于城區小區制的站型，覆蓋范圍小，用戶密度大，頻率利用率高。根據組網的要求建立不同類型的基站，而不同類型的基站可根據需要選擇不同類型的天線。選擇的依據就是上述技術參數。比如全向站就是采用了各個水平方向增益基本相同的全向型天線，而定向站就是采用了水平方向增益有明顯變化的定向型天線。一般在市區選擇水平波束寬度B為65176。的天線，在郊區可選擇水平波束寬度B為65176。、90176。或120176。的天線（按照站型配置和當地地理環境而定），而在鄉村選擇能夠實現大范圍覆蓋的全向天線則是最為經濟的。 機械天線 所謂機械天線，即指使用機械調整下傾角度的移動天線。機械天線與地面垂直安裝好以后，如果因網絡優化的要求，需要調整天線背面支架的位置改變天線的傾角來實現。在調整過程中，雖然天線主瓣方向的覆蓋距離明顯變化，但天線垂直分量和水平分量的幅值不變，所以天線方向圖容易變形。實踐證明：機械天線的最佳下傾角度為1176。－5176。；當下傾角度在5176。－10176。變化時，其天線方向圖稍有變形但變化不大；當下傾角度在10176。15176。變化時，其天線方向圖變化較大；當機械天線下傾15176。后，天線方向圖形狀改變很大，從沒有下傾時的鴨梨形變為紡錘形，這時雖然主瓣方向覆蓋距離明顯縮短，但是整個天線方向圖不是都在本基站扇區內，在相鄰基站扇區內也會收到該基站的信號，從而造成嚴重的系統內干擾。另外，在日常維護中，如果要調整機械天線下傾角度，整個系統要關機，不能在調整天線傾角的同時進行監測；機械天線調整天線下傾角度非常麻煩，一般需要維護人